鹰咀石电站进水口回旋式清污机械平台优化改造.pdf

云南水力发电YUNNAN WATER POWER180第 40卷第 4期0 引言水电站清污机简单来说就是一种用机械代替人工，将格栅截留到的污物捞出水面的设备。清污机适用于固定安装在水电站、排涝站、倒吸虹等水工建筑进水口处，宜量 60 90安装，也可乖直安装。适用过栅流速小、水头差 1 4 m，单孔净宽 7 m，垂直深度 15 m。清污能力30 t/h-50 t/h。该设备工作效率高，消耗却很低，并且配用皮带输送机可将污物远距离输送、装运以避免筛选出来的污物堆积散发出难闻的气味，可以很好的保护环境。该设备没有复杂的操作，还可以实现自动化的工作过程，也不需要经常性的维护，通过特有的自动保护装置，安全性能及利用率极高。使用清污机可以为鹰咀石电站的生活、生产都带来十分便利的条件。鹰咀石电站运行期间由于污物聚集在拦污栅前造成过流减小，严重影响机组出力，严重时会压垮拦污栅，造成生产事故，威胁机组安全。人工清污费时费力，易引发落水事故、清污不及时还会影响经济效益1。因此，鹰咀石电站的清污机建设安装是十分必要的。以此为目的，研究引鹰咀石电站进水口回旋式清污机械平台优化改造蒋大粤（韶关市利源工程建设有限公司，广东 韶关 51200）摘要：鹰咀石电站运行期间由于污物聚集在拦污栅前造成过流减小，严重影响机组出力，严重时会压垮拦污栅，造成生产事故，威胁机组安全。人工清污费时费力，易引发落水事故，清污不及时还会影响经济效益，因此对进水口回旋式清污机平台进行了优化改造。工作台桥紧邻厂房布置，通过复核计算，得到清污机工作台满足水库大坝的防洪安全要求；对清污机工作台进行稳定分析计算，清污机工作台不均匀系数及抗滑稳定安全系数均满足规范要求。关键词：引水电站；回旋式清污机；优化改造；工作台中图分类号：TV732文献标识码：B文章编号：1006-3951(2024)04-0180-04DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.04.044Optimization and Renovation of Rotary Cleaning Machinery Platform at the Inlet of Yingzuishi Power StationJIANG Dayue(Shaoguan Liyuan Engineering Construction Co.,Ltd,Shaoguan 512000,China)Abstract:During the operation of Yingzuishi Power Station,the accumulation of pollutants in front of the trash rack caused a decrease in flow,seriously affecting the output of the unit.In severe cases,it can crush the trash rack,causing production accidents and threatening the safety of the unit.Artificial cleaning is time-consuming and labor-intensive,which can easily lead to water accidents.Failure to clean in a timely manner can also affect economic benefits.Therefore,the inlet rotary cleaning machine platform has been optimized and renovated.The workbench bridge is arranged adjacent to the factory building,and through rechecking calculations,it is found that the cleaning machine workbench meets the flood control safety requirements of the reservoir dam.Stability analysis and calculation are conducted on the cleaning machine workbench,and the unevenness coefficient and anti slip stability safety coefficient of the cleaning machine workbench met the regulatory requirements.Keywords:diversion power station;rotary cleaning machine;optimization and renovation;workbench收稿日期：2023-07-18作者简介：蒋大粤（1973-），男，广东韶关人，工程师，主要从事水电站的技术改造等工作。*蒋大粤 鹰咀石电站进水口回旋式清污机械平台优化改造181水电站进水口清污机的优化改造安装工艺。1 工程概况鹰咀石电站水库位于乳源县乳城境内，电站工程对外交通条件好，距县城仅 3 km，属北江水系南水河上游，坝址控制集雨面积 720 km2。设计水库正常蓄水位 80.10 m（珠基），相应库容52104 m3，是一座以发电为主的小型水利枢纽工程，不承担航运、过木等任务，流域范围内溪河众多。鹰咀石电站位于南水河中下游，乳城镇辖区内，国道323线旁，距离乳源县城3 km，距离韶关市区30 km。该工程的任务主要是在鹰咀石电站厂房进水口处完成清污机工作平台的建设及回旋式清污机的安装。鹰 咀 石 电 站 装 机 容 量 2 200 kW，小 于1104 kW，水库总库容 72104 m3，工程等别为3 等，主要建筑物为 3 级，次要建筑物为 4 级。设计洪水标准为 30 年一遇（P=3.3%），校核洪水标准为 50 年一遇（P=2%）。因该工程不对水库电站的主要建筑物进行改造施工，不会对水库库容及设计洪水造成影响，所以此次清污机建设安装工程的等别为等，主要建筑物为 4 级，次要建筑物为 5 级。设计洪水标准为 30 年一遇（P=3.3%），校核洪水标准为50 年一遇（P=2%）。2 工程地质条件鹰咀石电站枢纽所在区域位于乳源候公渡山间盆地的上游，盘地四周为低山丘陵地貌，河两岸为冲积平原地，电站上游为南水水库。电站据在河段河道右岸为地冲积层，现状地面水田、水塘等农用地，地面高程在 76 78 m 之间，低于电站正常蓄水位 80.10 m。左岸为河岸台地，地面高程在81.582.5 m之间，现状地面为旱地等农用地。电站所在地位于山前冲积层上，闸坝和厂房位于冲积层上。电站所处区域山体为系灰岩、炭质灰岩，风化残积层不发育，覆盖较薄，植被发育一般，局部岩层裸露，不存在滑坡、崩坍等不良物理地质现象。工程所在区域未发现深大断裂构造。构造发育程度为中等、稍发育，未发现晚更新世以来的活动断层，历史地震和近代地震，强度和频度较低。根据广东省地震烈度区划图（1/1 800 000），该区地震基本烈度属于小于 VI 度区。根据 GB 183062001 中国地震动参数区划图（1/4000 000）查得该区地震动峰值加速度为 0.05 g，地震动反映谱特征周期为 0.35 s，水工建筑物抗震设防烈度采用 VI度为宜。3 工程总布置3.1 现状总体布置鹰咀石电站闸坝位于河床中部，由 12 孔弧形钢闸门组成，长度 120 m。电站厂房位于左岸，为立式地面厂房，安装 10 台轴流式机组，机组间距为 6 m 机组采用明槽进式进水，厂房进水口高程76.70 m。3.2 清污机工作台设计3.2.1 厂房进水口存在的问题水库厂房进水口现状使用的钢制拦污栅在拦截到漂流垃圾后需人工进行清理转运，在来污量较大人工清理不及时的情况下，漂流垃圾会堵塞进水口会使厂房发电效率下降，且堵塞堆积的垃圾也会对河道及周边环境造成污染2-3。3.2.2 现状复核计算根据 SL 319-2018混凝土重力坝设计规范，清污机工作台梁底高程与正常蓄水位或校核水位的高差，应按下式计算4-5。h=hb+hz+hc （1）式中：h清污机工作台梁底至设计洪水位或校核洪水位的高差，m；hb波浪高，m；hz波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差，m；hc安全加高，该工程安全级别沿用厂房级别级，设计洪水位的安全加高为 0.4 m，校核洪水位安全加高为 0.3 m。防洪安全复核成果见表 1。表 1 防洪安全复核表计算工况设计洪水位校核洪水位洪水频率 P/%3.32坝前水位/m80.681.0波高 hb/m0.600.38hz/m0.200.12安全加高 hc/m0.40.3坝前水位+hc/m81.8081.80清污机工作台梁底高程/m82.2082.20182云南水力发电2024 年第 4 期根据计算，清污机工作台梁底高程为 82.2m大于校核洪水时的坝前水位 81.8m，故清污机工作台满足水库大坝的防洪安全要求。3.2.3 清污机工作台布置方案比选清污机工作台常规布置宜采用与厂房主体分离的布置方式。但从鹰咀石电站的运行管理经验来看，常规布置方式不利于管理。因此清污机桥如何合理而适当地布置直接影响工程的运行管理。根据历年工程设计回访经验，在满足规范前提下，兼顾工程运营管理方便的要求，此阶段设计采用以下两种方案进行比选。方案 1：清污机工作台桥紧邻厂房布置。该方案工程造价较低；结构紧凑运行管理方便；由于清污机厂房紧邻进水流道，汇流集中，站前污杂物比较容易清除干净。但是清污机桥距离站身进水流道较近，影响进水流态和泵站装置效率6。方案 2：清污机工作台布置于厂房上游人行桥拦污栅处。该方案工程造价较高；由于清污机工作台远离厂房，管理范围将加大；清污机工作台和站身之间的污物需要人工清除，运行管理不方便。由于清污机桥远离站身，对进水流态影响较小。考虑到工程实际使用时开机次数少、年运行时短，且厂房上游人行桥拦污栅处已归入东湖公园的建设范围内，建设清污机桥可能会影响东湖公园工程的建设规划，所以根据工程现场的实际情况且为方便工程管理和节省投资，此次设计侧清污机桥布置选用方案 1。3.2.4 清污工作台1）工作台基座。在现状厂房进水口底板上游侧浇筑长 34.5 m 宽 2.26 m 厚 1.4 m 的 C25 埋石混凝土基座，基座顶高程和厂房进水口底板顶高程一致，均为 77.8 m。基座与底板的新旧混凝土接触面凿毛并植筋，采用 1 m 长的钢筋植入旧混凝土 0.5 m，钢筋间隔 0.25 m 梅花布置。在基座底部上游侧设置高 0.6 m 的齿墙，齿墙底部浇筑 1 道0.5 m 厚的 C25 素混凝土截水墙，截水墙底高程为73.3 m。2）支墩。此次设计需拆除厂房进水口最上游侧约 1 m 宽的部分旧混凝土支墩，并顺接旧混凝土支墩浇筑新的清污机工作台C25钢筋混凝土支墩，支墩与旧支墩及底板的新旧混凝土接触面凿毛并植筋，采用 1 m 长的钢筋植入旧混凝土 0.5 m，钢筋间隔 0.25 m 梅花布置。支墩底高程为 77.8 m，顶高程为82.5 m。支墩底宽为4.56 m，顶宽为3.3 m。支墩迎水面为半径为 0.25 m 的圆弧面，迎水面坡比为 10.27，与基座底板的夹角为 75。支墩数量与旧混凝土支墩一致，共两个边墩 9 个中墩。支墩宽度与旧混凝土支墩一致，均为 0.5 m。3）工作桥。此设计在支墩间设置宽 2.6 m 厚0.15 m 的 C25 钢筋混凝土工作桥，每座工作桥长3.2 m，共设 10 座。工作桥桥面高程与支墩顶高程一致，均为为 82.5 m，工作桥在上下游侧设置0.3 m0.2 m 的 C25 钢筋混凝土梁，梁底高程为82.3 m。工作桥上游侧距支墩迎水面 0.7 m，工作桥下游侧桥面安装 1.2 m 高的镀锌钢管栏杆。工作桥上安装 2.5 m 高长 35 m 宽 3 m 的钢结构树脂瓦雨棚。4）清污机及皮带输送机。在支墩之间上游侧安装回旋式清污机，共分 10 孔，清污机型号为HQN2.94.7-75，计 10 台套。皮带输送机安装在工作桥上，其皮带宽度 0.8 m，总长度 35 m，清污机工作台设计图见图 1。?图 1 清污机工作台设计图3.3 其他设计3.3.1 河道边墙防渗设计现状清污机上游的河道左侧边墙存在破损渗蒋大粤 鹰咀石电站进水口回旋式清污机械平台优化改造183漏问题，现左侧边墙高程 77.80 81.30 m 处凿毛浇筑底宽 0.5 m 顶宽 0.2 m 的 C20 混凝土，总长28 m。3.3.2 混凝土地坪设计拆除河道左侧的旧花池，浇注 0.2 m 厚 C20 混凝土地坪，地坪面高程为 81.1 m，混凝土地坪面积为 199 m2。在混凝土地坪下游侧紧挨皮带输送机材料口出放置尺寸为长 3.4 m 宽 1.8 m 深 1.2 m 的钢制勾臂垃圾箱（一用一备），在垃圾箱周围设置尺寸为 0.3 m0.3 m 总长 39 m 的 C20 混凝土地沟，在混凝土地沟中段新建 1 个700 mm 砖砌沉砂井，污水经沉砂井沉淀过滤后经流入厕所旁的污水井。4 清污机工作台稳定分析4.1 水位1）正常水位 80.10 m，相应厂房下游水位75 m。2）校核洪水位 81 m，相应厂房下游水位80.30m。3）设计洪水位 80.60 m。相应厂房下游水位 80 m。4.2 计算工况荷载基本结合：上游正常水位+下游正常水位+自重+扬压力（工况 A），上游设计洪水位+下游设计洪水位+自重+扬压力（工况 B）。荷载特殊结合：上游校核洪水位+下游校核洪水位+自重+扬压力（工况 C）。稳定及应力计算公式抗滑稳定计算公式7-8:Kc=f G/H （2）基底应力计算公式：max/min=G/BL6M/BL2 （3）式中：Kc抗滑稳定安全系数；f基础底面与闸坝坝基底的抗滑摩擦系数，f=0.50；G作用于闸坝上的全部竖向力之和；H作用于闸坝上的全部水平力之和；max/min基底的最大、最小应力；M作用于闸坝上的各个力的弯矩之和；L基底沿水流方向的宽度，L=4.56 m。设计钢筋混凝土及埋石混凝土容重为25 kN/m3，地基允许承载力为 0.12 MPa。混凝土与基础面的抗滑摩擦系数 f=0.50，计算结果见表 2。根据计算成果，清污机工作台不均匀系数及抗滑稳定安全系数均满足规范要求。5 结束语清污机简单来说就是一种用机械代替人工，将格栅截留到的污物捞出水面的设备。该设备工作效率高，消耗却很低，并且配用皮带输送机可将污物远距离输送、装运以避免筛选出来的污物堆积散发出难闻的气味，可以很好的保护环境。该设备没有复杂的操作，还可以实现自动化的工作过程，也不需要经常性的维护，通过特有的自动保护装置，安全性能及利用率都是极高的。使用清污机可以为鹰咀石电站的生活、生产都带来十分便利的条件。参考文献：1 沈常伟.大化水电站左岸桥机清污抓斗改造设计探讨 J.红水河，2023,42（2）:142-146.2张伟，刘生根，张富美.核电厂新型回转式格栅清污机的设计及试验研究J.给水排水，2022,58（S1）:838-843.3陈佛生.水利水电工程清污机模块化和系列化设计的研究及应用J.机电工程技术，2022,51（6）:199-202.4季昀.某碾压混凝土重力坝抗震安全性复核分析J.中国水运：下半月，2020,20（7）:94-95.5王化翠，杜威，冉红玉，等.混凝土重力坝设计规范修订的关键技术问题J.水利规划与设计，2017,（12）:93-95+117.6但杰.小白塔水电站 1 号发电机组清污机的改良J.小水电，2019,（3）:67-68+80.7曾文俊.马面坡水电站拦污栅改建设计J.贵州水力发电，1997,（3）:43-44.8阮璐.保山市桥街水电站厂房基础处理设计J.云南水力发电，2021,37（7）:125-130.表 2 淡水河河段形态结构完整性要素评价结果表计算工况水位组合/m基底应力/（kN/m2）不均匀系数 抗滑安全系数 Kc栅前厂房后maxmin平均计算允许计算允许基本组合A80.1075.0062.5957.9960.291.071.518.141.20B80.6080.0075.6060.3267.961.2520.45特殊组合C81.080.3075.0466.0370.531.132.021.221.05